小口深坑內(nèi)放射性固體廢物回取

李振臣　黃文濤　唐楊　徐江　張家衡　童剛

【摘 要】某廢物庫(kù)內(nèi)存放了大量的放射性固體廢物，廢物堆積雜亂，不滿足現(xiàn)行放射性廢物管理和處置要求，廢物庫(kù)已超期服役，給周圍環(huán)境帶來(lái)極大的安全隱患，需盡快回取廢物并妥善處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定了動(dòng)力機(jī)械手和電動(dòng)抓具配合遠(yuǎn)距離遙控操回取廢物的技術(shù)路線，并最終安全、高效地完成了放射性固體廢物的回取工作。

【關(guān)鍵詞】放射性固體廢物；動(dòng)力機(jī)械手；電動(dòng)抓具；高效回取

某放射性廢物庫(kù)利用排風(fēng)塔下部的地坑貯存廢物，運(yùn)行三十多年來(lái)存放了核設(shè)施運(yùn)行、檢修活動(dòng)中所產(chǎn)生的大量放射性固體廢物。坑內(nèi)廢物以不規(guī)則的方式堆積，大件廢物沒(méi)有包裝，部分雜項(xiàng)廢物用塑料袋或編織袋包裝，既不符合目前放射性廢物的暫時(shí)貯存規(guī)定，更不符合放射性廢物的永久處置規(guī)定。廢物庫(kù)已超期服役，又緊鄰河流，給周圍環(huán)境帶來(lái)極大的安全隱患，因此需要盡快將放射性廢物回取并妥善處理。由于廢物入庫(kù)資料不全，廢物雜亂地貯存在地坑內(nèi)，廢物坑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致廢物回取的難度極大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院制定了利用動(dòng)力機(jī)械手和電動(dòng)抓具配合遠(yuǎn)距離遙控操作回取廢物的技術(shù)路線，并最終安全、高效地完成了放射性固體廢物的回取工作。

1 廢物庫(kù)及廢物源項(xiàng)

1.1 廢物庫(kù)的結(jié)構(gòu)

廢物庫(kù)是利用排風(fēng)塔下的地坑貯存放射性廢物的設(shè)施，廢物庫(kù)和排風(fēng)塔的排風(fēng)部分在結(jié)構(gòu)上是完全分隔開(kāi)的，相互之間沒(méi)有影響。建造于20世紀(jì)60年代，2000年停止使用。廢物庫(kù)庫(kù)內(nèi)設(shè)置了12個(gè)廢物貯存坑，分為外圈和中心兩個(gè)貯存區(qū)。外圈貯存區(qū)為低放廢物貯存區(qū)，設(shè)置了7個(gè)廢物貯存坑；中心貯存區(qū)為中放廢物貯存區(qū)，設(shè)置了5個(gè)廢物貯存坑。

低放廢物貯存區(qū)操作大廳為寬3.5m、高5.25m的環(huán)形大廳，7個(gè)廢物貯存坑為地下貯存坑，每個(gè)坑的尺寸是頂寬3.36m、底寬1.595m、高8.35m，兩邊為弧形，環(huán)中心弧長(zhǎng)為5.75m，頂部為0.3m的混凝土屏蔽層，每個(gè)坑各有2個(gè)直徑1m的圓形坑口。每個(gè)貯存坑的容積約100m3，全部裝滿了廢物。

廢物庫(kù)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 廢物源項(xiàng)

廢物庫(kù)低放貯存坑內(nèi)的放射性廢物種類繁多、形狀復(fù)雜，大小、質(zhì)量不一，交錯(cuò)板結(jié)，單件廢物質(zhì)量一般小于50kg，最大件質(zhì)量約700kg，廢物輻射水平均在1mSv/h以上，局部熱點(diǎn)高達(dá)20Sv/h，廢物堆積情況如圖2所示。

2 技術(shù)方案和設(shè)備

2.1 回取技術(shù)難點(diǎn)分析

1）環(huán)形操作大廳寬度只有3.5m、高度5.25m，操作空間比較狹窄。

2）廢物輻射水平高，人員無(wú)法近距離進(jìn)行操作，同時(shí)對(duì)回取設(shè)備的耐輻照性能要求也很高。

3）廢物坑口小、坑深、肚大，回取機(jī)具進(jìn)出坑內(nèi)抓取廢物的操作十分困難。

4）廢物堆放混亂，各類廢物交錯(cuò)板結(jié)在一起，廢物分揀和抓取的難度大、效率低。

2.2 回取方案

充分考慮廢物回取的技術(shù)難點(diǎn)，由于部分廢物輻射水平較高，退役中工作人員不能長(zhǎng)時(shí)間近距離進(jìn)行操作，因此考慮主要采用動(dòng)力機(jī)械手對(duì)坑內(nèi)的廢物進(jìn)行回取、分揀和裝箱。同時(shí)坑內(nèi)廢物數(shù)量較大，其中散狀、包裝破損廢物占很大比例，動(dòng)力機(jī)械手單次夾取廢物量較小，設(shè)備上升、下降、轉(zhuǎn)移速度較慢，單獨(dú)采用動(dòng)力機(jī)械手難以保證廢物回取的效率，因此考慮采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的四瓣液壓電動(dòng)抓具來(lái)進(jìn)行散狀廢物的集中抓取，相比較于動(dòng)力機(jī)械手，電動(dòng)抓具單次抓取量大、速度快。因此確定采用動(dòng)力機(jī)械手與新型電動(dòng)液壓四瓣抓斗配合進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙控操作回取的方案。動(dòng)力機(jī)械手安裝在專用環(huán)形軌道上，電動(dòng)抓具吊掛在5t電動(dòng)葫蘆的吊鉤上，電動(dòng)葫蘆安裝在環(huán)形操作大廳的環(huán)形軌道上。

動(dòng)力機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是：1）依靠伸縮套筒上下，克服了坑深的困難；2）機(jī)械手作業(yè)面大，可覆蓋廢物坑內(nèi)全部區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)所有廢物的回??；3）夾具可更換，可夾取各種形狀的廢物。但是動(dòng)力機(jī)械手單次夾取廢物量小、運(yùn)行速度慢、回取效率較低，而電動(dòng)抓具依靠電動(dòng)葫蘆上下運(yùn)行速度快，單次抓取廢物量大，回取效率高。兩種機(jī)具有效配合，可保證將坑內(nèi)全部廢物回取，又提高了回取效率。

2.3 回取工藝流程

低放廢物回取的工藝流程如下：

1）回取時(shí)，先利用動(dòng)力機(jī)械手夾持輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)量廢物表面輻射水平，找出熱點(diǎn)；

2）對(duì)輻射水平較大、質(zhì)量較輕的物體用動(dòng)力機(jī)械手直接夾取至坑外并裝入廢物包裝容器；

3）對(duì)于大量的雜項(xiàng)廢物，利用電動(dòng)抓具抓取至坑外并裝入廢物包裝容器；

4）利用動(dòng)力機(jī)械手將坑口正下方周邊的廢物抓取至坑口正下方，再利用電動(dòng)抓具將坑口正下方廢物抓取至坑外并裝入廢物包裝箱或轉(zhuǎn)運(yùn)容器中；

5）對(duì)于體積過(guò)大的廢物，利用動(dòng)力機(jī)械手與吊車配合抓取至坑外并裝入廢物包裝容器中；

6）廢物全部抓取后，利用工業(yè)吸塵裝置對(duì)坑內(nèi)進(jìn)行清掃吸塵。

2.4 主要設(shè)備介紹

2.4.1 動(dòng)力機(jī)械手

動(dòng)力機(jī)械手由本體、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種可仿人操作、自動(dòng)控制、在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化、自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)備。動(dòng)力機(jī)械手既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力。動(dòng)力機(jī)械手主要包括：行走機(jī)構(gòu)、伸縮套筒、2t伸縮吊鉤、機(jī)械手、抓具、控制臺(tái)和視頻裝置等組成。動(dòng)力機(jī)械手的主要參數(shù)如下：

a.動(dòng)力機(jī)械手最大工作長(zhǎng)度：～14m；

b.伸縮套筒長(zhǎng)度：10m；

c.抓取能力：90kg；

d.配套工具：抓斗、切割機(jī)、夾具。

2.4.2 電動(dòng)抓具

電動(dòng)抓具由電動(dòng)液壓四瓣抓斗、抓斗出坑引導(dǎo)帽、防護(hù)裝置等部分組成，可在控制室內(nèi)遙控操作。電動(dòng)抓具可利用自身重力壓住廢物，利用液壓產(chǎn)生的向內(nèi)抓力抓取廢物。電動(dòng)抓具的主要參數(shù)如下：

a.自重：～1t；

b.內(nèi)向抓力：～1t；

c.額定抓取量：0.2m3/斗。

3 回取實(shí)施

實(shí)施低放固體廢物回取前，對(duì)回取機(jī)器人和電動(dòng)液壓四瓣抓斗做好防護(hù)措施，避免設(shè)備被污染。

回取低放廢物時(shí)，全過(guò)程由工作人員在控制間遙控操作。先利用動(dòng)力機(jī)械手將坑口正下方周邊的廢物抓取至坑口正下方，再利用電動(dòng)抓具將廢物抓取至坑外并裝入廢物包裝箱或轉(zhuǎn)運(yùn)容器中。對(duì)于體積過(guò)大的廢物，利用動(dòng)力機(jī)械手與吊車配合抓取至坑外并裝入廢物包裝箱中。

坑內(nèi)低放廢物回取技術(shù)的成功運(yùn)用，在17個(gè)月內(nèi)完成了廢物庫(kù)7個(gè)低放坑內(nèi)廢物的回取，經(jīng)監(jiān)測(cè)全部為低放廢物，其安全性、可靠性、高效性較強(qiáng)，操作過(guò)程中人員受照劑量較小，證明了操作過(guò)程安全可靠。

4 結(jié)論

1）動(dòng)力機(jī)械手與電動(dòng)抓具配合進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙控操作的回取工藝，實(shí)現(xiàn)了全部坑內(nèi)低放廢物的回取、分揀與整備。

2）本技術(shù)還可以推廣運(yùn)用于國(guó)內(nèi)眾多坑式廢物的回取、處置，為各類坑式廢物庫(kù)的退役提供技術(shù)支持。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]